惯性技术课件1--惯性技术简介 (哈工大版,1-16全).ppt

Lecture1 Introduction 1 InertialTechnology 惯性技术 付振宪 SchoolofAstronautics HIT Lecture1 Introduction 2 课程内容 惯性导航 陀螺仪 Gyroscopes 加速度计 Accelerometers 平台式惯导系统 PlatformINS 捷联惯导系统 StrapdownINS SINS Lecture1 Introduction 3 1 0导航的概念 导航 制导与控制之间的关系 Lecture1 Introduction 4 2 1惯性导航的基础 惯性导航以牛顿第二定律为基础 动力学 dynamics 惯性导航以对载体的加速度的测量为起点 使用加速度计 accelerometers 万有引力的影响 Lecture1 Introduction 5 2 2 惯性导航的基本思想 位置 速度和加速度之间的关系 惯性导航的特点 自主 Autonomous self contained 无需外部信息只依赖于对载体的惯性测量 借助加速度计 陀螺仪 Lecture1 Introduction 6 2 3二维导航例子 平面二维导航 加速度计的输出经一次积分得速度 二次积分得位置 导航过程中 平台需要跟踪导航参考坐标系OXY 平台的稳定是借助于陀螺仪 gyroscope 实现的 平台式vs捷联式 Lecture1 Introduction 7 3 1 陀螺仪 广义概念 来自古希腊语 旋转敏感器 相对惯性空间的绝对转动 狭义概念 定轴性易受破坏 Lecture1 Introduction 8 3 2支撑的改进 框架 gimbals 二自由度陀螺仪 自转轴 单自由度陀螺仪 Lecture1 Introduction 9 3 3漂移和漂移率 漂移 由干扰导致的转子轴相对惯性空间缓慢的方向变化漂移率 漂移的快慢 deg h 漂移 Drift 和漂移率 惯性导航的精度 惯性级 0 01deg h 陀螺仪的历史 设法减少有害力矩 降低漂移的历史 Lecture1 Introduction 10 4 1历史 傅科陀螺仪 Foucaultgyroscope 1852 利用陀螺验证地球自转后期的技术改进 Lecture1 Introduction 11 4 2历史 在航海的应用 磁罗盘 Magneticcompass 被用于早期的航海 19世纪后期 大量的木质轮船被钢铁材质的轮船取代 使磁罗盘的效能受到影响 磁罗盘的使用在地球两极附近受到限制 寻找替代的方向指示装置 Lecture1 Introduction 12 4 2历史 陀螺罗经 陀螺仪被寄予希望 但面临着自动寻北的挑战 1908年 Anschutz 德国 发明了陀螺罗经 gyrocompass 1909年 Sperry 美国 也独立研制出陀螺罗经 陀螺罗经的出现标志着陀螺仪技术现代应用的发端 Lecture1 Introduction 13 4 3历史 航空中的应用 1920s 应用于早期的飞机 测量飞机的姿态 陀螺地平仪陀螺航向仪 Lecture1 Introduction 14 4 4历史 早期导弹中的应用 1930s Goddard US 的先期研究 1940s V 1 V 2 V 1 V 2 Lecture1 Introduction 15 4 5历史 液浮陀螺 二战后 德国导弹专家大量转移到美国和前苏联 VanBraun 冷战期间苏美竞赛 1950s早期 MITDraper实验室研制出液浮陀螺 Fluidsuspensiongyro Lecture1 Introduction 16 4 6历史 Argonaut号之旅 1958 潜艇Argonaut号之旅 珍珠港 白令海峡 北极 Portland港21days 15000Km 标志着惯性导航技术的成熟 Lecture1 Introduction 17 5 0两种趋势 60年代后 陀螺仪的发展趋势呈现出两种分支 追求更高的精度低成本小型化 forSINS 5 1对更高精度的追求 框架支撑系统的改进 液浮 气浮 磁悬浮 精度优于10e 7deg h Lecture1 Introduction 18 5 1 高精度 静电陀螺 静电悬浮陀螺 非接触支撑 1952Nordsieck提出1970s后期投入实用用于惯导 优于10e 7deg h用于太空望远镜10e 11deg h Lecture1 Introduction 19 5 2低成本 小型化 环形激光陀螺 Ringlasergyro RLG 1960s早期开始研制 1970s后期进入实用 光纤陀螺 FiberOpticalGyro FOG 1970s开始研制 1980s早期进入实用 Lecture1 Introduction 20 5 2振动陀螺 振动 vibratory 陀螺 音叉 Tuningfork 压电 Piezoelectric 陀螺 半球谐振陀螺 Hemi sphericalresonantgyro HRG 微机电 MEMS MicroElectro MechanicalSystemsMicromachinedElectro MechanicalSystems Lecture1 Introduction 21 6 0两类惯导系统的发展 平台式惯导系统 PINS orINS 1960s 1970s 广泛应用 1980s 应用逐渐缩减 限于战略高端 捷联式惯导系统 SINS 1970s 理论已完善 产品还不成熟 1980s 应用迅速增长 Lecture1 Introduction 22 课程资源 PPTdown